(57)【要約】  【課題】  実装部品の実装精度及び実装効率を向上して薄型化、高密度化を図る。  【解決手段】  複数個の部品装填凹部７を形成したシリコン基板３と、各部品装填凹部７内に装填され接着樹脂層８により固定される複数種の実装部品４と、シリコン基板３上に形成される配線層５から構成される。各実装部品４が入出力部形成面９を外方に臨ませて部品装填凹部７に装填され、外周部を接着樹脂層８によって固定されてシリコン基板３に埋設された状態で実装される。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に開口する複数個の部品装填凹部を形成したシリコン基板と、
上記各部品装填凹部内にそれぞれの入出力部形成面を開口から外方に臨ませて装填されるとともに少なくとも上記各入出力部形成面を除く外周部を上記各部品装填凹部内に形成した接着樹脂層によって固定されて上記シリコン基板に埋設された複数個の実装部品と、
上記シリコン基板の主面上に上記各実装部品を被覆して形成され、絶縁樹脂層に上記各実装部品の上記各入出力部形成面に設けられた入出力部と接続される配線パターンを設けた配線層と
から構成されることを特徴とするハイブリットモジュール。
【請求項２】
上記各実装部品が、それぞれ異なる特性を有する部品であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリットモジュール。
【請求項３】
電気部品である上記実装部品を埋設する所定の上記部品装填凹部が、内周壁の全域に亘って上記シリコン基板と上記実装部品とを電気的に絶縁する絶縁層を形成されることを特徴とする請求項２に記載のハイブリットモジュール。
【請求項４】
電気部品であり上記各入出力部形成面を除く外周部にも電気的接続部を有する上記実装部品が、上記絶縁層上に開口縁部を経て上記シリコン基板の主面に亘って延在された導電層を有する所定の上記部品装填凹部内に導電性を有する接着樹脂材を充填し、この接着樹脂材を硬化させた上記接着樹脂層によって固定されて埋設されることを特徴とする請求項３に記載のハイブリットモジュール。
【請求項５】
所定の上記部品装填凹部が、内周壁の全域に亘って上記シリコン基板と上記実装部品とを電気的に絶縁する絶縁層を形成するとともにこの絶縁層上に開口縁を経て上記シリコン基板の主面に亘って延在された導電層を形成し、
上記導電層が上記配線層に形成された放熱パターンと接続されることを特徴とする請求項２に記載のハイブリットモジュール。
【請求項６】
上記各実装部品の少なくとも１個の実装部品が、発光素子や受光素子からなる光学素子であることを特徴とする請求項２に記載のハイブリットモジュール。
【請求項７】
上記シリコン基板の主面上若しくは上記配線層中や上記配線層の主面上に、上記光学素子の入出力部形成面と対向された光伝送路が形成されることを特徴とする請求項６に記載のハイブリットモジュール。
【請求項８】
上記光伝送路が、光透過性を有する高分子材によって成形されることを特徴とする請求項７に記載のハイブリットモジュール。
【請求項９】
上記光伝送路が、両端部を入出力部として光学信号を内部に閉じ込めて伝送する光導波路であり、一端部を上記光学素子と対向されて設けられることを特徴とする請求項８に記載のハイブリットモジュール。
【請求項１０】
上記配線層の絶縁層が、光透過性を有する絶縁樹脂材によって形成されて、上記光学素子の光伝送路を構成することを特徴とする請求項６に記載のハイブリットモジュール。
【請求項１１】
上記配線層が、上記絶縁層上に銅めっき層をパターニングして形成した銅配線パターンと、この銅配線パターンと上記各実装部品の入出力部とを接続するビアや多数個の外部接続用パッドとを有することを特徴とする請求項１に記載のハイブリットモジュール。
【請求項１２】
シリコン基板に、主面に開口する複数個の部品装填凹部を形成する部品装填凹部形成工程と、
上記各部品装填凹部内に、実装部品をそれぞれ埋設した状態で実装する実装部品実装工程と、
上記シリコン基板の主面上に、上記各実装部品を被覆して配線層を形成する配線層形成工程とを有し、
上記実装部品実装工程が、
上記各部品装填凹部内に、所定量の半硬化状態の接着樹脂材をそれぞれ充填する接着樹脂材充填工程と、
複数個の実装部品を、それぞれの入出力部形成面を開口から外方に臨ませて相対する上記部品装填凹部内に装填する実装部品装填工程と、
上記各実装部品を、上記各入出力部形成面が上記シリコン基板の主面と略同一面を構成するようにして押圧保持する実装部品押圧保持工程と、
上記各実装部品を押圧保持した状態で上記接着樹脂材に硬化処理を施して上記各部品装填凹部内に接着樹脂層を形成し、これらに接着樹脂層によって上記各実装部品を固定して上記シリコン基板に埋設する実装部品固定工程とを有し、
上記配線層形成工程が、
略同一面を構成する上記シリコン基板の主面と上記各実装部品の上記入出力部形成面上に、全面に亘って絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
上記絶縁層に、上記各実装部品の入出力部形成面に形成された入出力部と接続される配線パターンを形成する配線パターン形成工程とを有する
ことを特徴とするハイブリットモジュールの製造方法。
【請求項１３】
上記実装部品実装工程が、それぞれ異なる特性を有する実装部品を上記各部品装填凹部内にそれぞれ埋設した状態で実装することを特徴とする請求項１２に記載のハイブリットモジュールの製造方法。
【請求項１４】
上記実装部品実装工程において、電気部品である上記実装部品を埋設する所定の上記部品装填凹部に、上記接着樹脂材充填工程の前工程として、内周壁の全域に亘って上記実装部品を電気的に絶縁する絶縁層を形成する絶縁層形成工程を施すことを特徴とする請求項１３に記載のハイブリットモジュールの製造方法。
【請求項１５】
上記実装部品実装工程において、電気部品であり上記各入出力部形成面を除く外周部にも電気的接続部を有する上記実装部品を埋設する所定の上記部品装填凹部に、上記絶縁層形成工程に続いて上記接着樹脂材充填工程の前工程として、上記絶縁層上に開口縁を経て上記シリコン基板の主面に亘って延在された導電層を形成する導電層形成工程が施されるとともに、
上記接着樹脂材充填工程に、導電性を有する接着樹脂材が用いられることを特徴とする請求項１４に記載のハイブリットモジュールの製造方法。
【請求項１６】
上記実装部品実装工程が、上記各実装部品の少なくとも１個の実装部品として発光素子や受光素子からなる光学素子を上記部品装填凹部内に埋設した状態で実装することを特徴とする請求項１３に記載のハイブリットモジュールの製造方法。
【請求項１７】
上記配線層形成工程の前工程若しくは上記配線層形成工程中や上記配線層形成工程の後工程のいずれか１の工程において、上記シリコン基板の主面上若しくは上記配線層中や上記配線層の主面上に上記光学素子の入出力部形成面と対向された光伝送路を形成する光伝送路形成工程を有することを特徴とする請求項１６に記載のハイブリットモジュールの製造方法。
【請求項１８】
上記光伝送路形成工程が、上記光伝送路を光透過性を有する高分子材によって成形することを特徴とする請求項１７に記載のハイブリットモジュールの製造方法。
【請求項１９】
上記配線層形成工程の上記絶縁層形成工程が、上記絶縁層を、上記光学素子の光伝送路を構成する光透過性を有する絶縁樹脂材によって形成することを特徴とする請求項１６に記載のハイブリットモジュールの製造方法。
【請求項２０】
上記配線層形成工程の上記配線パターン形成工程が、上記絶縁層上に銅めっき処理を施して銅配線パターンを形成するとともに、この銅配線パターンと上記各実装部品の入出力部とを接続するビアや外部接続用パッドを形成する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載のハイブリットモジュールの製造方法。
【請求項２１】
絶縁基板の主面上に、絶縁層と単層若しくは多層の配線パターンとからなるベース配線層を形成したベース基板部と、
上記ベース基板部の上記ベース配線層上に搭載されたハイブリットモジュールとから構成され、
上記ハイブリットモジュールが、
主面に開口する複数個の部品装填凹部を形成したシリコン基板と、上記各部品装填凹部内にそれぞれの入出力部形成面を開口から外方に臨ませて装填されるとともに少なくとも上記各入出力部形成面を除く外周部を上記各部品装填凹部内に形成した接着樹脂層によって固定されて上記シリコン基板に埋設された複数個の実装部品と、上記シリコン基板の主面上に上記各実装部品を被覆して形成され絶縁樹脂層と上記各実装部品の入出力部と接続される配線パターンとを有する配線層とから構成され、
略同一面を構成する上記シリコン基板の主面と上記各実装部品の入出力部形成面上に形成された上記配線層の最上層に形成された外部接続用パッドを介して上記ベース基板部の上記ベース配線層上に搭載されることを特徴とするハイブリット回路装置。
【請求項２２】
上記ハイブリットモジュールが、上記ベース基板部の上記ベース配線層上に、他の表面実装型部品とともに表面実装されることを特徴とする請求項２１に記載のハイブリット回路装置。
【請求項２３】
上記ハイブリットモジュールが、それぞれ異なる特性を有する複数個の上記実装部品を搭載することを特徴とする請求項２１に記載のハイブリット回路装置。
【請求項２４】
上記ハイブリットモジュールが、上記各実装部品の少なくとも１個の実装部品に発光素子や受光素子からなる光学素子を備えることを特徴とする請求項２３に記載のハイブリット回路装置。
【請求項２５】
上記ベース基板部の上記配線層に、上記光学素子の入出力部と対向された光伝送路が形成されることを特徴とする請求項２４に記載のハイブリット回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板上に複数個のチップ部品や集積回路素子或いは光学素子等の実装部品を搭載するとともに配線層を有するハイブリットモジュール及びその製造方法並びにこのハイブリットモジュールを搭載したハイブリット回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ビデオレコーダ或いはオーディオ機器等の各種の電子機器には、各種のＩＣ（Integrated Circuit）素子やＬＳＩ（Large Scal Integration）素子或いはメモリ素子等の半導体回路素子や電子部品が備えられている。電子機器においては、例えば同一機能を奏する上述した半導体回路素子や電子部品等を配線層を形成したベース基板に搭載することによってハイブリット化したいわゆるハイブリットモジュールが備えられている。
【０００３】
ハイブリットモジュールは、電子機器の小型化や多機能化或いは高機能化の対応に基づいてより多くの実装部品が搭載されるとともに、高密度実装化や小型軽量化等が図られている。例えば、特許文献１或いは特許文献２には、多数個の実装部品をそれぞれの入出力部形成面が互いに同一面を形成するようにして樹脂基体内に封装するとともに、この樹脂基体の主面上に配線層を形成したハイブリットモジュールが開示されている。かかるハイブリットモジュールおいては、各実装部品上にも配線層を介して他の部品実装を可能として薄型化を図りながら高密度実装化を実現する。
【０００４】
一方、電子機器等においては、一般にボード内に搭載された各実装部品間の信号伝送が配線層に形成された配線パターンによって行われる。電子機器等においては、さらなる高速処理化が求められているが、配線パターンによる電気的な信号伝送では配線パターンの微細化の限界、配線パターン内で発生するＣＲ（Capacitance-Resistance）時定数による信号伝送の遅延、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference）やＥＭＣ（Electromagnetic Compability）或いは各配線パターン間のクロストーク等の問題によりその対応が極めて困難である。
【０００５】
電子機器等においては、上述した電気信号の伝送構造による問題を解決してさらなる高速化や多機能、高機能化等を実現する対応として、光学信号伝送路（光学バス）や光学インターコネクション等の光学部品を備える光学信号伝送構造の採用が検討されている。光学信号伝送構造は、各機器間や各機器に搭載されたボード間、或いは各ボード内の実装部品間における比較的短距離の信号伝送を行う場合に好適である。光学信号伝送構造は、実装部品を実装した配線基板に光学信号伝送路を形成し、この光学信号伝送路を伝送路として光学信号を高速かつ大容量で伝送することを可能とする。光学素子混載ハイブリットモジュールについては、例えば特許文献３に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−７１３４号公報
【特許文献２】特開２０００−１０６４１７号公報
【特許文献３】特開２００４−１９３２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１や特許文献２に開示されたハイブリットモジュールは、基部に支持された基部シート上に半導体チップや機能ディバイス等の複数個の実装部品を並べて搭載し、これら実装部品を封止するようにして基部シート上に樹脂材によって基板体を成形して構成する。かかるハイブリットモジュールにおいては、各実装部品の接点パッドが略同一面を構成することで回路基板等に対して各実装部品を一括して接続することが可能であるとともに、基板体を最大外形寸法の実装部品に合わせて研磨されることによって全体として薄型化が図られるようになる。
【０００８】
しかしながら、かかるハイブリットモジュールにおいては、複数個の実装部品を樹脂材によって成形した基板体によって封止した構造であることから、樹脂材が硬化する際に硬化収縮が生じて基板体に大きな寸法変化が生じてしまう。ハイブリットモジュールにおいては、このために基板体に大きな反り等の現象が生じることによって、各実装部品の接続パッドが回路基板側の実装用ランドに対して位置がズレてしまったり接続部位において断線が発生する等により実装精度が悪くなるといった問題があった。また、ハイブリットモジュールにおいては、各実装部品の外周部に熱変形による応力によってクラックが生じることで、実装強度の低下や水分の滲入による内部ショートや錆発生等が生じて信頼性が低下するといった問題もあった。
【０００９】
一方、ハイブリットモジュールにおいては、上述したように光学信号伝送構造を備えることによってさらなる高速化や多機能、高機能化等が図られる。ハイブリットモジュールにおいては、高速処理化や高容量化が図られたＬＳＩ素子等から入出力される電気的信号を、半導体レーザや発光ダイオード或いはフォトディテクタ等の光学素子によって光学的信号に変換する。したがって、ハイブリットモジュールにおいては、電気的信号伝送構造とともに光学信号伝送構造を混載した電気・光信号混載型ハイブリットモジュールも提供されている。
【００１０】
電気・光信号混載型ハイブリットモジュールにおいては、光学信号伝送構造を介しての信号伝達の高速化に伴って、電気的信号伝送構造における上述したＣＲ時定数による信号伝送の遅延、ＥＭＩノイズやＥＭＣ等の低減による低寄生容量化の対応が極めて重要となる。また、電気・光信号混載型ハイブリットモジュールにおいては、光学部品が電気・光変換動作を行う際に熱を発生し、混載した電気部品の特性に影響を及ぼす虞もある。
【００１１】
したがって、電気・光信号混載型ハイブリットモジュールにおいては、一般に光学部品や光学信号伝送路を配線層の主面上や回路基板等に対して別工程によって実装していた。電気・光信号混載型ハイブリットモジュールにおいては、電気部品と光学部品との別工程による実装によって、実装工程が複雑かつ低効率となるとともに歩留まりも低下するといった問題があった。電気・光信号混載型ハイブリットモジュールにおいては、電気部品と光学部品との個別実装によってこれら部品間を接続する電気配線パターンも必要となり、その接続容量が低寄生容量化の実現を困難とさせる。
【００１２】
したがって、本発明は、多数個の実装部品を薄型化を図って実装することを可能とし、また実装精度や実装効率の向上とともに信頼性の向上を図るハイブリットモジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、多数個の実装部品を高密度に実装した薄型化されたのハイブリットモジュールを備えることによって多機能化、高機能化が図られるとともに信頼性の向上を図る小型化されたハイブリット回路装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した目的を達成する本発明にかかるハイブリットモジュールは、主面に開口する複数個の部品装填凹部が形成されたシリコン基板と、各部品装填凹部にそれぞれ装填されて接着樹脂層によって固定される外形寸法等を異にする複数個の実装部品と、シリコン基板の主面上に形成される配線層とから構成される。ハイブリットモジュールは、各実装部品がそれぞれの入出力部形成面を開口から外方に臨ませて部品装填凹部に装填され、少なくとも入出力部形成面を除く外周部を部品装填凹部内に充填した接着樹脂材を硬化させて形成した接着樹脂層によって固定されることにより、シリコン基板に埋設された状態で実装される。ハイブリットモジュールは、配線層が絶縁樹脂層と各実装部品の入出力部と接続される配線パターンとからなり、略同一面を構成するシリコン基板の主面と各実装部品の入出力部形成面上に形成される。
【００１４】
ハイブリットモジュールにおいては、シリコン基板をベース基板とすることによって高精度の部品装填凹部や配線層が比較的容易に形成されるとともに熱等の影響による寸法や形状変化の発生がほとんど生じないことから、各実装部品が精度よく位置決めされるとともに配線層等との接続状態が確実に保持されて実装されることにより信頼性の向上が図られるようになる。ハイブリットモジュールにおいては、比較的大きな面積を有するシリコン基板が各実装部品や配線層のグランドとしても機能するとともに良好な放熱作用も奏することから、安定した機能動作が奏されるようになる。ハイブリットモジュールにおいては、外形寸法を異にする各実装部品をそれぞれの入出力部形成面が互いに同一面を構成するようにしてシリコン基板に埋設した状態で実装することから、小型化と薄型化とが図られるとともに各実装部品と配線層とを最短で接続して寄生容量を低減し、高密度実装化による多機能化や高機能化が図られるようになる。
【００１５】
上述した目的を達成する本発明にかかるハイブリットモジュールの製造方法は、シリコン基板に主面に開口する複数個の部品装填凹部を形成する部品装填凹部形成工程と、各部品装填凹部内に外形寸法等を異にする実装部品をそれぞれ埋設した状態で実装する実装部品実装工程と、シリコン基板の主面上に各実装部品を被覆して配線層を形成する配線層形成工程とを有し、シリコン基板に対して各実装部品が各部品装填凹部にそれぞれ装填されて接着樹脂層によって固定されて埋設されるとともに主面上に配線層が形成されたハイブリットモジュールを製造する。ハイブリットモジュールの製造方法は、実装部品実装工程が、各部品装填凹部内に所定量の半硬化状態の接着樹脂材をそれぞれ充填する接着樹脂材充填工程と、複数個の実装部品をそれぞれの入出力部形成面を開口から外方に臨ませて相対する部品装填凹部内に装填する実装部品装填工程と、各実装部品を各入出力部形成面がシリコン基板の主面と略同一面を構成するようにして押圧保持する実装部品押圧保持工程と、各実装部品を押圧保持した状態で接着樹脂材に硬化処理を施して各部品装填凹部内に接着樹脂層を形成してこの接着樹脂層により各実装部品を固定してシリコン基板に埋設する実装部品固定工程とを有する。また、ハイブリットモジュールの製造方法は、配線層形成工程が、略同一面を構成するシリコン基板の主面と各実装部品の入出力部形成面上に全面に亘って絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、絶縁層に各実装部品の入出力部と接続される配線パターンを形成する配線パターン形成工程とを有する。
【００１６】
ハイブリットモジュールの製造方法においては、例えばエッチング法等によってシリコン基板に複数個の部品装填凹部を効率よく形成し、半硬化状態の接着樹脂材を充填した状態でそれぞれに実装部品を装填する。ハイブリットモジュールの製造方法においては、各実装部品を押圧してそれぞれの入出力部形成面がシリコン基板の主面と略同一面を構成するようにした状態で接着樹脂材を硬化させる。ハイブリットモジュールの製造方法においては、熱による形状や状態の変化がほとんど生じないシリコン基板をベース基板とすることによって、各実装部品が精度よく位置決めされて部品装填凹部内に埋設される。
【００１７】
したがって、ハイブリットモジュールの製造方法においては、各実装部品と配線層等との接続状態が確実に保持され、断線等の発生が抑制されることにより信頼性の向上が図られるようになる。ハイブリットモジュールの製造方法においては、比較的大きな面積を有するシリコン基板が各実装部品や配線層のグランドとしても機能するとともに良好な放熱作用も奏することから、安定した機能動作を奏するハイブリットモジュールを製造する。ハイブリットモジュールの製造方法においては、各実装部品をシリコン基板に埋設した状態で実装することから小型化と薄型化とが図られるとともに各実装部品と配線層とを最短で接続して寄生容量を低減し、高密度実装化による多機能化や高機能化が図られるハイブリットモジュールを効率よく製造する。
【００１８】
さらに上述した目的を達成する本発明にかかるハイブリット回路装置は、絶縁基板の主面上に絶縁層と単層或いは多層の配線パターンとからなるベース配線層を形成したベース基板部と、このベース基板部のベース配線層上に搭載されたハイブリットモジュールとから構成される。ハイブリット回路装置は、ハイブリットモジュールが、主面に開口する複数個の部品装填凹部が形成されたシリコン基板と、各部品装填凹部にそれぞれ装填されて接着樹脂層によって固定される複数個の実装部品と、シリコン基板の主面上に形成される配線層とから構成される。ハイブリット回路装置は、ハイブリットモジュールが、各実装部品をそれぞれの入出力部形成面を開口から外方に臨ませて部品装填凹部に装填され、少なくとも入出力部形成面を除く外周部を部品装填凹部内に充填した接着樹脂層によって固定されてシリコン基板に埋設する。ハイブリット回路装置は、ハイブリットモジュールが、配線層を絶縁樹脂層と各実装部品の入出力部と接続される配線パターンとからなり、略同一面を構成するシリコン基板の主面と各実装部品の入出力部形成面上に形成する。
【００１９】
ハイブリット回路装置においては、シリコン基板をベース基板とすることによって高精度の部品装填凹部や配線層が比較的容易に形成されるとともに、熱等の影響による寸法や形状変化の発生がほとんど生じないことから各実装部品が精度よく位置決めして実装されたハイブリットモジュールをベース基板部に実装することから、ハイブリットモジュールとベース基板部との接続部位において断線の発生やクラックの発生が抑制されて信頼性の向上が図られる。ハイブリット回路装置においては、各実装部品をシリコン基板に埋設した状態で実装することによって小型化と薄型化とが図られるとともに各実装部品と配線層とを最短で接続して寄生容量を低減したハイブリットモジュールをベース基板部に実装することによって高密度実装化による多機能化や高機能化が図られるようになる。ハイブリット回路装置においては、例えばベース基板部の配線層に充分な面積を有する電源部やグランドを設けることによってハイブリットモジュールに対してレギュレーションの高い電源供給を行うことも可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、シリコン基板に形成した部品装填凹部内に入出力部形成面が主面と略同一面を構成するようにして実装部品を接着樹脂層によって固定して埋設するとともにシリコン基板の主面上に各実装部品と電気的に接続される配線層を形成してハイブリットモジュールを構成する。したがって、本発明によれば、小型化と薄型化とが図られるとともに各実装部品と配線層とを最短で接続して寄生容量を低減して高密度実装化による多機能化や高機能化を図ったハイブリットモジュールを得ることが可能となる。本発明によれば、熱等の影響による寸法や形状変化がほとんど生じないシリコン基板をベース基板とすることによって、各実装部品が高精度に位置決めされて実装されるとともに配線層との間において断線等の発生を抑制した高精度のハイブリットモジュールを得ることが可能となる。本発明によれば、比較的大きな面積を有するシリコン基板が各実装部品や配線層のグランドとしても機能するとともに良好な放熱作用も奏することから、安定した機能動作が奏されて信頼性の向上を図ったハイブリットモジュールを得ることが可能となる。
【００２１】
また、本発明によれば、シリコン基板に形成した部品装填凹部内に入出力部形成面が主面と略同一面を構成するようにして実装部品を接着樹脂層によって固定して埋設するとともにシリコン基板の主面上に各実装部品と電気的に接続される配線層を形成してなるハイブリットモジュールを、ベース基板部のベース配線層上に実装してハイブリット回路装置を構成する。したがって、本発明によれば、シリコン基板に対して各実装部品が精度よく位置決めして実装されたハイブリットモジュールをベース基板部に実装することから、信頼性の向上が図られるとともに小型化と薄型化とが図られ、高密度実装化による多機能化や高機能化が図られるようになる。ハイブリット回路装置においては、例えばベース基板部の配線層に充分な面積を有する電源部やグランドを設けることによってハイブリットモジュールに対してレギュレーションの高い電源供給を行うことで安定した動作が奏されるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態として図面に示したハイブリットモジュール１及びハイブリット回路装置２について詳細に説明する。ハイブリットモジュール１は、図１に示すように、シリコン基板３と、複数個の実装部品４と、配線層５とから構成される。ハイブリットモジュール１は、図２に示すようにベース基板部６上に搭載されてハイブリット回路装置２を構成する。ハイブリット回路装置２は、例えばパーソナルコンピュータや携帯電話機或いは各種の電子機器に備えられて、電気的な制御信号やデータ信号の授受や電源供給を行う電気配線機能と、光学的な制御信号やデータ信号の授受を行う光学配線機能とを奏する。
【００２３】
ハイブリットモジュール１は、互いに関連動作を行う例えば第１ＬＳＩ４Ａや第２ＬＳＩ４Ｂ或いは半導体素子４Ｃ等の電子部品と光学素子４Ｄ等の光学部品を実装する。第１ＬＳＩ４Ａや第２ＬＳＩ４Ｂは、詳細を省略するが高速化や高容量化が図られた多ピン構成のＬＳＩである。半導体素子４Ｃは、例えば半導体メモリや各種の半導体ディバイスや電子部品である。光学素子４Ｄは、第１ＬＳＩ４Ａや第２ＬＳＩ４Ｂ或いは半導体素子４Ｃによって制御されて光学信号を出射する例えば半導体レーザや発光ダイオード等の発光素子或いはフォトディテクタ等の受光素子である。なお、光学素子４Ｄは、発光機能と受光機能とを備えた複合の光学素子であってもよいことは勿論である。
【００２４】
なお、これらの実装部品については、以下の説明において、個別に説明する場合を除いて実装部品４と総称するものとする。ハイブリットモジュール１は、これら実装部品４がシリコン基板３に形成した第１部品装填凹部７Ａ乃至第４部品装填凹部７Ｄ（以下、個別に説明する場合を除いて部品装填凹部７と総称する。）内に装填され、それぞれ第１接着樹脂層８Ａ乃至第４接着樹脂層８Ｄ（以下、個別に説明する場合を除いて接着樹脂層８と総称する。）によって固定される。ハイブリットモジュール１は、シリコン基板３を基材としてその内層に各実装部品４を埋設した状態で実装する。ハイブリットモジュール１については、代表的な実装部品４をそれぞれ１個ずつ示したが、それぞれが所定個数を有するようにしてもよいことは勿論である。
【００２５】
各実装部品４は、それぞれの第１主面９Ａ〜９Ｄ（以下、個別に説明する場合を除いて入出力部形成面９と総称する。）に詳細を省略する入出力パッド１０Ａ〜１０Ｄ（以下、個別に説明する場合を除いて入出力パッド１０と総称する。）を形成して入出力部形成面を構成する。各実装部品４は、上述したように異なる種類の部品であることからそれぞれが大きさを異にするとともに仕様も異にしている。各実装部品４は、それぞれの入出力部形成面９と対向する第２主面１１Ａ〜１１Ｄ（以下、個別に説明する場合を除いて装填面１１と総称する。）側を装填面として、部品装填凹部７内にそれぞれ装填される。なお、光学素子４Ｄには、入出力部形成面９Ｄに、入出力パッド１０Ｄとともに光学信号を出射或いは受光する光学入出力部１２が設けられている。
【００２６】
シリコン基板３には、各部品装填凹部７が、最大外形寸法を有する実装部品４（例えば第１ＬＳＩ４Ａや第２ＬＳＩ４Ｂ）を内部に装填するに足る深さ寸法と開口寸法とを基準として主面３Ａに開口する互いに同形の凹部として形成する。シリコン基板３は、各部品装填凹部７が、実装部品４の種類に応じてその内壁部に所定の層構成を有するように形成される。
【００２７】
すなわち、シリコン基板３には、例えば外周面でグランドとの接続が行われる仕様の第１ＬＳＩ４Ａについて、この第１ＬＳＩ４Ａを埋設する第１部品装填凹部７Ａが内壁部に第１導電層１３Ａを形成される。シリコン基板３は、この第１部品装填凹部７Ａ内に導電性接着樹脂材によって第１接着樹脂層８Ａを形成して第１ＬＳＩ４Ａを固定する。
【００２８】
シリコン基板３には、例えば外周部で後述する配線層５側とのグランド接続を行う仕様の第２ＬＳＩ４Ｂについても、この第２ＬＳＩ４Ｂを埋設する第２部品装填凹部７Ｂに内壁部の全域に亘って絶縁層（第２絶縁層）１４Ｂが形成されるとともに、この第２絶縁層１４Ｂ上に第２導電層１３Ｂをパターン形成する。シリコン基板３は、第２絶縁層１４Ｂを介して絶縁が保持される第２導電層１３Ｂが、第２部品装填凹部７Ｂの開口縁を経て主面３Ａにおいて配線層５と接続されるようにする。シリコン基板３は、第２部品装填凹部７Ｂ内に第２接着樹脂層８Ｂを導電性接着樹脂材によって形成して第２ＬＳＩ４Ｂを固定する。
【００２９】
シリコン基板３は、導電特性を有することから外周部の絶縁を保持することが必要な半導体素子４Ｃや光学素子４Ｄを埋設する第３部品装填凹部７Ｃ及び第４部品装填凹部７Ｄが、それぞれその内壁部に全域に亘って第３絶縁層１４Ｃ及び第４絶縁層１４Ｄを形成される。シリコン基板３は、第３部品装填凹部７Ｃや第４部品装填凹部７Ｄ内に非導電性接着材によって第３接着樹脂層８Ｃや第４接着樹脂層８Ｄを形成して、それぞれ半導体素子４Ｃや光学素子４Ｄを固定する。
【００３０】
ハイブリットモジュール１は、各実装部品４が、後述する実装工程によって図１に示すようにそれぞれの入出力部形成面９が互いに同一面を構成するとともにシリコン基板３の主面３Ａに対しても同一面を構成して、部品装填凹部７内に埋設される。ハイブリットモジュール１は、各実装部品４が、それぞれの入出力部形成面９を部品装填凹部７の開口部から外方に臨ませるとともに少なくとも入出力部形成面９を除く外周部を接着樹脂層８によって固定されて、シリコン基板３内に埋設された状態で実装する。
【００３１】
ハイブリットモジュール１は、各実装部品４を被覆するようにしてシリコン基板３の主面３Ａ上に配線層５が形成される。配線層５は、絶縁樹脂層１５と、この絶縁樹脂層１５に形成される第１配線パターン１６Ａ乃至第３配線パターン１６Ｃ（以下、個別に説明する場合を除いて配線パターン１６と総称する。）と、各配線パターン層１６間を適宜接続する多数個の第１ビア１７Ａ及び第２ビア１７Ｂ（以下、個別に説明する場合を除いてビア１７と総称する。）或いは最上層の第３配線パターン１６Ｃに設けられた多数個の接続用パッド１８等によって構成される。配線層５は、各配線パターン１６が後述するように銅配線によって形成される。
【００３２】
配線層５は、絶縁樹脂層１５の一部が部品装填凹部７内にも充填されて実装部品４の外周部を保持する。絶縁樹脂層１５は、透光性を有する絶縁樹脂材によって成形され、光学素子４Ｄに対する光学信号伝送路を構成する。したがって、配線層５は、光学素子４Ｄの入出力部形成面９Ｄと対向する部位が、絶縁樹脂層１５中に厚み方向の全域に亘って配線パターン１６を形成しないようにして光伝送路１５Ａを構成する。配線層５は、このように絶縁樹脂層１５の一部に光伝送路１５Ａを構成して、図１に矢印で示すように光学素子４Ｄの光学入出力部１２から出射される光学信号が光伝送路１５Ａを透過して表面５Ａから出射されるようにする。
【００３３】
また、配線層５は、表面５Ａから入射される光学信号が、光伝送路１５Ａを透過して光学素子４Ｄの光学入出力部１２に入射されるようにする。なお、ハイブリットモジュール１は、配線層５の一部を光伝送路１５Ａとして構成したが、より効率的な光学信号の伝送を行うために、光学素子４Ｄの光学入出力部１２に対向して透明な樹脂材によって形成された導光部材を芯材としてクラッド材によって被覆した光導波路部材を配線層５内に設けるようにしてもよい。
【００３４】
第１配線パターン１６Ａは、上述した各部品装填凹部７に形成した導電層１３と同一工程によってシリコン基板３の主面３Ａ上に適宜形成された配線パターンである。第２配線パターン１６Ｂは、絶縁樹脂層１５の内層に適宜形成された配線パターンであり、多数個の第１ビア１７Ａを介して第１配線パターン１６Ａと層間接続されることによって各実装部品４間を電気的に適宜接続する。第３配線パターン１６Ｃは、絶縁樹脂層１５の最上層（表面層）に形成された配線パターンであり、多数個の第２ビア１７Ｂを介して第２配線パターン１６Ｂと層間接続される。
【００３５】
配線層５には、第３配線パターン１６Ｃ上に多数個の接続用パッド１８が形成される。接続用パッド１８は、第３配線パターン１６Ｃの所定ランド上に、例えば金めっき等により所定の高さを有して形成される。接続用パッド１８は、後述するようにハイブリットモジュール１がベース基板部６に実装されてハイブリット回路装置２を構成する際の実装用接続子として作用する。接続用パッド１８については、後述するベース基板部６の多層配線基板２０に対するハイブリットモジュール１の実装方法によって適宜の構造が採用されるものであり、第３配線パターン１６Ｃのパッド上に設けられる例えば半田ボールや金属ボール等であってもよい。
【００３６】
ハイブリットモジュール１は、上述したように配線層５の配線パターン１６によって実装部品４を相互に電気的に接続する。ハイブリットモジュール１は、発光素子４Ｄに配線層５を介して電源の供給が行われ、この発光素子４Ｄが第１ＬＳＩ４Ａや第２ＬＳＩ４Ｂから出力された電気信号を光学信号に変換したり、光学信号を電気信号に変換してこれら第１ＬＳＩ４Ａや第２ＬＳＩ４Ｂに供給する。
【００３７】
ハイブリットモジュール１は、上述したようにシリコン基板３に形成した部品装填凹部７内にそれぞれの入出力部形成面９が主面３Ａと略同一面を構成するようにして実装部品４を埋設して実装する。したがって、ハイブリットモジュール１は、小型化と薄型化とが図られるとともに、高密度実装化による多機能化や高機能化が図られるようになる。ハイブリットモジュール１は、熱等の影響による寸法や形状変化がほとんど生じないシリコン基板３をベース基板として実装部品４が埋設されることで、これら実装部品４を高精度に位置決めして実装するとともに配線層５との間において断線等の発生が抑制されるようになる。ハイブリットモジュール１は、比較的大きな面積を有するシリコン基板３が実装部品４や配線層５のグランドとしても機能するとともに良好な放熱作用も奏することで、安定した機能動作が奏されて信頼性の向上が図られるようになる。
【００３８】
以上のように構成されたハイブリットモジュール１は、図２に示すように配線層５の最上層５Ａを実装面として、他の電子部品１９とともにベース基板部６上にベース配線層と接続されて実装されることによってハイブリット回路装置２を構成する。なお、ハイブリット回路装置２は、ベース基板部６に２個のハイブリットモジュール１Ａ、１Ｂを実装したものとして示したが、１個或いはさらに多数個を実装して構成するようにしてもよい。
【００３９】
ハイブリット回路装置２は、ベース基板部６が、従来周知の多層配線基板技術によって製作した多層配線基板２０に光導波路部材２１を搭載して構成される。多層配線基板２０は、ガラスエポキシ等の有機基板やセラミック等の無機基板等を基材として絶縁層を介してベース配線層を構成する多層の配線パターンを形成するとともに、各層の配線パターン間を適宜に形成したビアによって層間接続して構成する。多層配線基板２０は、各配線パターンが詳細を省略するが搭載したハイブリットモジュール１Ａ、１Ｂや電子部品１９とを電気的に接続する。
【００４０】
多層配線基板２０には、詳細を省略するがハイブリットモジュール１に対して電源を供給する充分な面積を有する電源パターン或いはグランドパターンが形成されている。多層配線基板２０は、ハイブリットモジュール１に対してレギュレーションの高い電源供給を行う。また、多層配線基板２０には、詳細を省略するがグランドパターンを兼ねる放熱パターンを形成するようにしてもよい。多層配線基板２０は、この放熱パターンに上述したハイブリットモジュール１の部品装填凹部７Ａ、７Ｂ内に形成した導電層１３を配線層５を介して接続することによって、第１ＬＳＩ４Ａや第２ＬＳＩ４Ｂから発生する熱を効率よく放熱することも可能である。
【００４１】
ハイブリット回路装置２は、例えば第１ハイブリットモジュール１Ａ側に光学素子４Ｄとして受光素子を備えるとともに、第２ハイブリットモジュール１Ｂ側に光学素子４Ｄとして発光素子を備える。ハイブリット回路装置２は、多層配線基板２０の配線パターンによって第１ハイブリットモジュール１Ａと第２ハイブリットモジュール１Ｂとの間で電気信号の授受が行われるとともに、第２ハイブリットモジュール１Ｂ側の光学素子４Ｄから出射された光学信号が第１ハイブリットモジュール１Ａ側の光学素子４Ｄによって受光されて授受が行われる。
【００４２】
多層配線基板２０は、配線パターンが、信号パターンとともに電源配線パターン或いはグランドパターン等によって構成される。多層配線基板２０には、第２主面側に多数個の電極パッドが形成されており、これら電極パッドによってハイブリット回路装置２が図示しない実装ボード等に実装されるようにする。
【００４３】
多層配線基板２０には、ハイブリットモジュール１を実装する主面に絶縁保護層２２が形成されている。多層配線基板２０は、ハイブリットモジュール１の上述した各接続用パッド１８に対応して絶縁保護層２２に形成した開口部に臨んで多数のランドが形成されるとともに、各ランドにバンプが設けられている。多層配線基板２０は、各バンプが相対する接続用パッド１８と接続されることによってハイブリットモジュール１を実装する。なお、絶縁保護層２２は、後述するようにハイブリットモジュール１の光学素子４Ｄと光導波路部材２１とを光学的に接続することから、導光性を有する絶縁樹脂材によって形成される。
【００４４】
ベース基板部６には、多層配線基板２０の絶縁層内に、隣り合って実装されたハイブリットモジュール１Ａ、１Ｂとに跨って対向するようにして光導波路部材２１が設けられている。光導波路部材２１は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン樹脂或いはゴム系樹脂等の導光性を有する樹脂材によって成形され、光屈折率を異にするクラッド層２３により封装される。光導波路部材２１は、光学信号を２次元的或いは３次元的に封じ込めた状態で伝送する光閉じ込め型光導波路を構成する。
【００４５】
光導波路部材２１は、詳細を省略するが入射部や出射部を構成する両端部がそれぞれ４５°にカットされたミラー面として構成され、内部を導光された光学信号の光路を９０°変換する。光導波路部材２１は、ベース基板部６にハイブリットモジュール１Ａ、１Ｂが実装された状態において、両端部がそれぞれの光伝送路１５Ａ、換言すれば光学素子４Ｄの光学入出力部１２と対向される。したがって、光導波路部材２１は、例えばハイブリットモジュール１Ａの光学素子（発光素子）４Ｄから出射された光学信号を一端部から入射させて内部を導光し、ハイブリットモジュール１Ｂ側の光学素子（受光素子）４Ｄに光伝送路１５Ａを介して入射させる。
【００４６】
以上のように構成されたハイブリット回路装置２は、上述したように小型かつ薄型であり高密度実装化による多機能化や高機能化が図られた高精度で安定した動作を行うハイブリットモジュール１をベース基板部６に搭載する。ハイブリット回路装置２は、ハイブリットモジュール１に熱等による変形の発生が抑制されベース基板部６との接続部位において断線の発生やクラックの発生が抑制されて信頼性の向上が図られる。ハイブリット回路装置２は、ベース基板部６の多層配線基板２０に充分な面積を有する電源部やグランドを設けることによってハイブリットモジュール１に対してレギュレーションの高い電源供給を行う。
【００４７】
ハイブリット回路装置２は、搭載した各ハイブリットモジュール１Ａ、１Ｂが、それぞれ第１ＬＳＩ４Ａや第２ＬＳＩ４Ｂ或いは半導体素子４Ｃ等の電子部品と光学素子４Ｄとを配線層５を介して精密かつ最短で電気的に接続することによって低寄生容量化が図られており、また各ハイブリットモジュール１Ａ、１Ｂが光学素子４Ｄと光導波路部材２１とを介して光学信号が効率よく伝送される。したがって、ハイブリット回路装置２は、例えば各ハイブリットモジュール１Ａ、１Ｂ間を光学信号によって信号伝送を行うことによって高速化や高容量化が図られるようになる。
【００４８】
上述したハイブリットモジュール１の製造工程は、シリコン基板３として一般的な半導体製造工程に用いられるシリコン基板と同等品が用いられ、このシリコン基板３に部品装填凹部７を形成する部品装填凹部形成工程と、シリコン基板３に実装部品４を装填する実装部品実装工程と、シリコン基板３の主面３Ａ上に各実装部品４を被覆して配線層５を形成する配線層形成工程とを有する。部品装填凹部形成工程は、例えばエッチング処理を施してシリコン基板３の主面３Ａにそれぞれ開口する複数個の部品装填凹部７を形成する。
【００４９】
部品装填凹部形成工程は、シリコンエッチング膜形成工程と、エッチング工程と、シリコンエッチング膜除去工程とを経て、シリコン基板３の主面３Ａに開口する複数個の部品装填凹部７を形成する。シリコンエッチング膜形成工程においては、シリコン基板３の主面３Ａ上に各部品装填凹部７に対応する箇所をそれぞれマスキングした状態で、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）等のシリコンエッチング膜３０を形成する。なお、シリコンエッチング膜形成工程は、シリコン基板３に対してシリコン熱酸化処理によって二酸化シリコン膜を形成したり、化学蒸着法（CVD:Chemical Vapor Deposition）やスパッタ法等によって二酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を成膜する。
【００５０】
シリコン基板３には、上述した処理によって主面３Ａ上に図３に示すように各部品装填凹部７の形成箇所に対応して開口部３１Ａ〜３１Ｄが形成されたシリコンエッチング膜３０が成膜される。なお、シリコンエッチング膜３０は、シリコン基板３の主面３Ａ上に全面に亘って形成されした後に、各部品装填凹部７の形成箇所に対応して開口部３１を形成するようにしてもよい。
【００５１】
エッチング工程は、シリコンエッチング膜３０の開口部３１に露出されたシリコン基板３をエッチングすることにより、図４に示すように同一形状の部品装填凹部７を一括して形成する工程である。エッチング工程は、シリコン基板３として例えば方位１００の基板を用いた場合に、ＫＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリエッチング溶液を用いた異方性エッチング処理を行う。エッチング工程は、シリコン基板３に対してその厚みの約１／２程度の深さを有する部品装填凹部７を形成する。なお、エッチング工程は、シリコン基板３の方位が異なるものであれば等方性エッチングを行ったり、ドライエッチング法によって部品装填凹部７を形成するようにしてもよい。
【００５２】
シリコンエッチング膜除去工程は、シリコン基板３を適宜の溶解液に浸付けしたりドライエッチング処理を施したりすることによって、図５に示すようにシリコン基板３の主面３Ａ上からシリコンエッチング膜３０を除去する工程である。シリコン基板３には、同図に示すようにそれぞれ主面３Ａに開口する同一形状の複数個の部品装填凹部７Ａ〜７Ｄが形成される。
【００５３】
ハイブリットモジュール１の製造工程は、上述したシリコン基板３の各部品装填凹部７に対して、絶縁層形成工程と、導電層形成工程と、接着樹脂材充填工程が施される。絶縁層形成工程は、上述したようにシリコン基板３との絶縁を保持することが必要な第２ＬＳＩ４Ｂや半導体素子４Ｃ及び光学素子４Ｄが装填される部品装填凹部７Ｂ〜７Ｄの内壁部にそれぞれ絶縁層１４を形成する工程である。絶縁層形成工程は、例えばエポキシ系樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁樹脂材を用いて、必要な箇所以外にマスキングを施す等の適宜の方法によって対応する部品装填凹部７Ｂ〜７Ｄ内に選択的に絶縁層１４を形成する。絶縁層形成工程は、図６に示すように部品装填凹部７Ｂ〜７Ｄの底面と内周面から主面３Ａに亘ってシリコン基板３に形成される。
【００５４】
導電層形成工程は、上述したように例えば外周面でグランドとの接続が行われる仕様の第１ＬＳＩ４Ａや第２ＬＳＩ４Ｂが装填される部品装填凹部７Ａ、７Ｂ内に導電層１３を形成する工程である。導電層形成工程は、例えばシリコン基板３の各部品装填凹部７を含む全面に金属層を形成するとともに必要な箇所以外にめっきレジスト層によるマスキングを施した状態で銅めっきを施した後に、不要なめっきレジスト層や金属層を除去する等の適宜の方法によって導電層１３を形成する。導電層１３は、図７に示すように部品装填凹部７Ａ、７Ｂの内壁部とその開口縁に亘ってパターン形成される。
【００５５】
なお、導電層形成工程は、上述したようにシリコン基板３の主面３Ａ上に、配線層５を構成する第１配線パターン１６Ａも同時に形成する。第１配線パターン１６Ａは、図７に示すように部品装填凹部７Ａ内に形成されて開口縁から主面３Ａに跨る導体部１６Ａ１や、部品装填凹部７Ｂの第１絶縁層１４Ｂ上に形成されて開口縁から主面３Ａに跨る導体部１６Ａ２或いは主面３Ａ上に適宜パターン形成された導体部１６Ａ３等によって構成される。
【００５６】
接着樹脂材充填工程は、各部品装填凹部７内に、実装部品４を固定するための接着樹脂層８を形成する接着樹脂材３２を充填する工程である。接着樹脂材充填工程は、各部品装填凹部７が上述したように全て同一形状を有するとともにこれら部品装填凹部７内に外形寸法を異にした実装部品４を装填して接着樹脂層８によって固定することから、例えばディスペンサ等の定量供給装置を用いてそれぞれ所定量の液状の接着樹脂材３２を図８に示すように各部品装填凹部７内に充填する。接着樹脂材充填工程は、後述するように部品装填凹部７内に実装部品４を装填した状態でも、部品装填凹部７から接着樹脂材３２が溢れ出ないように充填量を制御する。
【００５７】
接着樹脂材充填工程には、接着樹脂材３２として半導体製造工程等において一般的に用いられている例えば熱硬化型の液状エポキシ系接着樹脂材やポリイミド樹脂材が用いられる。接着樹脂材充填工程においては、上述したように導電層１３を形成した部品装填凹部７Ａ、７Ｂ内に、例えば金属粉等の導電材が混入されることによって導電特性が付与された導電性接着樹脂材３２Ａ、３２Ｂを充填する。接着樹脂材３２Ａ、３２Ｂは、部品装填凹部７Ａ、７Ｂ内において導電性接着樹脂層８Ａ、８Ｂを形成して、導電層１３Ａと第１ＬＳＩ４Ａとを導通させるとともに導電層１３Ｂと第２ＬＳＩ４Ｂとを導通させる。
【００５８】
また、接着樹脂材充填工程においては、上述したようにシリコン基板３との絶縁を保持される半導体素子４Ｃや光学素子４Ｄが装填される部品装填凹部７Ｃ、７Ｄ内に非導電性接着樹脂材３２Ｃ、３２Ｄが充填される。非導電性接着樹脂材３２Ｃ、３２Ｄは、部品装填凹部７Ｃ、７Ｄ内においてそれぞれ非導電性接着樹脂層８Ｃ、８Ｄを形成する。なお、接着樹脂材充填工程においては、予め加熱処理を行うことによって、部品装填凹部７内において接着樹脂材３２を半硬化状態とする。また、接着樹脂材３２には、例えば紫外線を照射することによって硬化促進が図られる特性を有する接着樹脂材を用いるようにしてもよい。さらに、接着樹脂材３２には、導電性接着樹脂材３２Ａ、３２Ｂと非導電性接着樹脂材３２Ｃ、３２Ｄとで異なる組成の接着樹脂材を用いるようにしてもよい。
【００５９】
ハイブリットモジュール１の製造工程は、上述した工程によって各部品装填凹部７内に接着樹脂材３２が充填されたシリコン基板３に対して、例えばバキューム型実装機が用いられてそれぞれ実装部品４を実装する実装部品実装工程が施される。実装部品実装工程は、実装部品４を部品装填凹部７内に装填する実装部品装填工程と、各実装部品４を各入出力部形成面９がシリコン基板３の主面３Ａと略同一面を構成するようにして押圧保持する実装部品押圧保持工程と、各実装部品４を押圧保持した状態で接着樹脂材３２に硬化処理を施して各部品装填凹部７内に接着樹脂層８を形成してこの接着樹脂層８によって各実装部品４固定してシリコン基板３に埋設する実装部品固定工程とを有する。実装部品実装工程について、以下図９乃至図１１を参照して第１ＬＳＩ４Ａの実装填工程について代表して説明する。
【００６０】
実装部品装填工程においては、図９に示すように第１ＬＳＩ４Ａが、その入出力部形成面９Ａをバキューム型実装機の吸着ヘッド３３によって吸着保持される。吸着ヘッド３３は、同図に示すように吸引孔３４を開口した吸着面３３Ａが部品装填凹部７Ａの開口寸法よりも大口径とされるとともに平坦面に形成されている。吸着ヘッド３３は、吸着面３３Ａに入出力部形成面９Ａを吸着して第１ＬＳＩ４Ａを保持した状態で、同図矢印で示すように所定の部品装填凹部７Ａに対してその開口部から入出力部形成面９Ａと対向する装填面１１Ａ側から第１ＬＳＩ４Ａを装填する。
【００６１】
実装部品押圧工程においては、吸着ヘッド３３がシリコン基板３側に下降動作するにしたがって第１ＬＳＩ４Ａが部品装填凹部７Ａ内において半硬化状態の接着樹脂材３２Ａを押しのけることにより、この接着樹脂材３２Ａが第１ＬＳＩ４Ａの外周部に次第に回り込むようにする。実装部品押圧工程においては、図１０に示すように吸着面３３Ａが部品装填凹部７Ａの開口縁に突き当たることによって吸着ヘッド３３の下降動作が停止するとともにこの停止位置を保持される。したがって、第１ＬＳＩ４Ａは、吸着ヘッド３３が吸着面３３Ａをシリコン基板３の主面３Ａに突き当てられることによって、その入出力部形成面９Ａがシリコン基板３の主面３Ａと略同一面を構成して部品装填凹部７Ａ内に装填される。
【００６２】
実装部品固定工程は、吸着ヘッド３３によって第１ＬＳＩ４Ａを部品装填凹部７Ａ内に押圧した状態を保持しながら接着樹脂材３２Ａを加熱することによって、この接着樹脂材３２Ａを硬化させる。実装部品固定工程は、例えば吸着ヘッド３３を加熱したりシリコン基板３を加熱することによって、接着樹脂材３２Ａを硬化させる。第１ＬＳＩ４Ａは、外周面まで回り込んだ接着樹脂材３２Ａが硬化して接着樹脂層８Ａを形成することで、部品装填凹部７Ａ内に固定される。第１ＬＳＩ４Ａは、図１１に示すように入出力部形成面９Ａが主面３Ａと略同一面を構成して部品装填凹部７Ａ内に埋設されてシリコン基板３に実装される。
【００６３】
ハイブリットモジュール１の製造工程においては、上述した第１ＬＳＩ４Ａの実装工程と同様の工程により、各部品装填凹部７内に相対する実装部品４がそれぞれ埋設されてシリコン基板３に実装される。各実装部品４は、かかる実装工程を施されることによって、図１２に示すようにそれぞれの入出力部形成面９が主面３Ａと略同一面を構成して部品装填凹部７内に埋設されてシリコン基板３に実装される。なお、上述した実装部品実装工程においては、各実装部品４を１個ずつ相対する部品装填凹部７に装填して固定するようにしたが、例えば複数個の実装部品４を一括して吸着ヘッド３３によって吸着保持して、押圧工程と固定工程を施して接着樹脂層８によって部品装填凹部７内に固定するようにしてもよい。
【００６４】
ハイブリットモジュール１の製造工程においては、実装部品４を部品装填凹部７内に固定したシリコン基板３の主面３Ａ上に、絶縁層１５と、配線パターン１６と、ビア１７とを有する配線層５を形成する配線層形成工程が施される。なお、配線層１５は、上述したように配線パターン１６が第１配線パターン１６Ａ乃至第３配線パターン１６Ｃによって構成されるが、第１配線パターン１６Ａが上述した導電層形成工程において導電層１３と同時にシリコン基板３の主面３Ａ上に形成される。
【００６５】
配線層形成工程は、具体的には第１配線パターン１６Ａを形成したシリコン基板３の主面３Ａ上に第１絶縁樹脂層３５を形成する第１絶縁樹脂層形成工程と、この第１絶縁樹脂層３５に多数個の第１ビアホール３６を形成する第１ビアホール形成工程とを有する。配線層形成工程は、第１絶縁樹脂層３５上に第２配線パターン１６Ｂを形成する第２配線パターン形成工程と、この第２配線パターン１６Ｂを被覆して第２絶縁樹脂層３７を形成する第２絶縁樹脂層形成工程とを有する。
【００６６】
配線層形成工程は、第２絶縁樹脂層３７に多数個の第２ビアホール３８を形成する第２ビアホール形成工程と、第３配線パターン１６Ｃを形成する第３配線パターン形成工程とを有する。配線層形成工程は、これらの各工程を繰り返すことによってさらに多層の配線層を形成するようにしてもよい。配線層形成工程は、第３配線パターン１６Ｃに接続用パッド１８を形成する接続用パッド形成工程を有する。
【００６７】
第１絶縁樹脂層形成工程は、上述したように絶縁樹脂層１５の一部が光伝送路１５Ａを構成することから、絶縁樹脂材として感光性を有する導光性絶縁樹脂材、例えばエポキシ系樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂或いはゴム系樹脂が用いられて、シリコン基板３の主面３Ａ上に全面に亘って第１絶縁樹脂層３５を形成する。第１絶縁樹脂層形成工程は、絶縁樹脂材として高周波特性に優れた導光性を有するベンゾシクロブテン樹脂を用いてもよい。
【００６８】
第１絶縁樹脂層形成工程は、主面３Ａと実装部品４の入出力部形成面９とが略同一面を構成することから、上述した絶縁樹脂材がスピンコート法やディップ法等によって均一な厚みで塗布されて第１絶縁樹脂層３５を形成する。絶縁樹脂材は、図１３に示すように部品装填凹部７内にも流れ込んで実装部品４の外周部を包み込むようにする。絶縁樹脂材は、同図に示すように実装部品４を被覆する所定の厚みを以って塗布され、加熱等の硬化処理が施されることによって第１絶縁樹脂層３５を形成する。
【００６９】
第１ビアホール形成工程は、第１絶縁樹脂層３５に形成されて、実装部品４の入出力パッド１０や第１配線パターン１６Ａのパッドをそれぞれ外方に臨ませる多数個の第１ビアホール３６を形成する工程である。第１ビアホール形成工程は、第１絶縁樹脂層３５に第１ビアホール３６に対応する箇所をマスクキングして感光・現像処理を施すことによってマスクキング箇所の絶縁樹脂材を除去して、図１３に示すように第１絶縁樹脂層３５を貫通する第１ビアホール３６を形成する。
【００７０】
なお、第１ビアホール形成工程は、非感光性の絶縁樹脂材を用いて第１絶縁樹脂層３５を形成した場合に、レーザ照射等によるドライエッチング法によって第１ビアホール３６を形成する。また、第１ビアホール形成工程においては、各第１ビアホール３６に対してデスミア処理を施すとともに、例えば無電解銅めっき処理等を施して内壁部の導通化を行うとともに導電ペースト等を充填し、さらに蓋形成処理等を行うことによってビア形成を行う。
【００７１】
第２配線パターン形成工程は、各実装部品４を相互に接続し或いはベース基板部６と接続して電気的信号の授受や電源供給或いはグランド接続を行うための第２配線パターン１６Ｂを形成する工程である。第２配線パターン形成工程は、詳細を省略するが第１絶縁樹脂層３５上にめっきレジストによるパターニングを行った後に無電解銅めっき処理等を施して銅めっき層を形成し、不要なめっきレジストを除去することによって図１４に示す所定の銅配線パターンからなる第２配線パターン１６Ｂを形成する。なお、第２配線パターン形成工程は、上述したように光学素子４Ｄの光学入出力部１２に対応する箇所において第２配線パターン１６Ｂや第１ビアホール３６が形成されないように適宜パターン設計が行われる。
【００７２】
第２絶縁樹脂層形成工程は、上述した第１絶縁樹脂層形成工程と同様の工程であり、第２配線パターン１６Ｂを形成した第１絶縁樹脂層３５上に図１５に示すように全面に亘って均一な厚みの第２絶縁樹脂層３７を形成する。第２絶縁樹脂層形成工程においても、第１絶縁樹脂層３５を形成する絶縁樹脂材と同一の絶縁樹脂材が用いられ、この絶縁樹脂材をスピンコート法等によって第１絶縁樹脂層３５上に均一な厚みで塗布した後に加熱等の硬化処理を施して第２絶縁樹脂層３７を形成する。
【００７３】
第２ビアホール形成工程は、第２絶縁樹脂層３７に形成されて、第２配線パターン１６Ｂに形成した詳細を省略する適宜のパッドをそれぞれ外方に臨ませる多数個の第２ビアホール３８を形成する工程である。第２ビアホール形成工程も、第１ビアホール形成工程と同様に、第２絶縁樹脂層３７に第２ビアホール３８に対応する箇所をマスクキングして感光・現像処理を施すことによってマスクキング箇所の絶縁樹脂材を除去して、図１５に示すように第２絶縁樹脂層３７を貫通する多数個の第２ビアホール３８を形成する。
【００７４】
なお、第２ビアホール形成工程においても、非感光性の絶縁樹脂材を用いて第２絶縁樹脂層３７を形成した場合に、レーザ照射等によるドライエッチング法により第２ビアホール３８を形成する。また、第２ビアホール形成工程においても、各第２ビアホール３８に対してデスミア処理を施すとともに、例えば無電解銅めっき処理等を施して内壁部の導通化を行うとともに導電ペースト等を充填し、さらに蓋形成処理等を行うことによってビア形成を行う。
【００７５】
第３配線パターン形成工程は、上述した第２配線パターン形成工程と同等の工程によって、第２絶縁樹脂層３７上にビア１７を介して第２配線パターン１６Ｂのパッドと接続されるとともに接続用パッド１８を形成するランド等を有する第３配線パターン１６Ｃを形成する工程である。第３配線パターン形成工程も、詳細を省略するが第２絶縁樹脂層３７上にめっきレジストによるパターニングを行った後に無電解銅めっき処理等を施して銅めっき層を形成し、不要なめっきレジストを除去することによって図１５に示す所定の銅配線パターンからなる第３配線パターン１６Ｃを形成する。
【００７６】
接続用パッド形成工程は、上述したようにハイブリットモジュール１をベース基板部５の多層配線基板２０に実装するための多数個の接続用パッド１８を形成する工程である。接続用パッド形成工程は、詳細を省略するが第３配線パターン１６Ｃに形成されたランド上に例えばＡｕめっきやＳｎめっき等を施すことによって、図１に示すように所定の厚みを有する接続用パッド１８を形成してハイブリットモジュール１を製造する。
【００７７】
上述したハイブリットモジュール１においては、搭載した１個の発光素子４Ｄが、外部ディバイス等と光学的に接続されて光学信号の授受機能を奏するようにしたが、本発明はかかる構成に限定されるものでは無い。
【００７８】
第２の実施の形態として図１６に示したハイブリットモジュール４０は、上述した４個の実装部品４を備えたハイブリットモジュール１と基本的な構成を同様とするが、シリコン基板４１に形成された部品装填凹部７Ａ〜７Ｈにそれぞれ実装部品４２Ａ〜４２Ｈを埋設した状態で実装するとともに光導波路部材４３を備えた構成に特徴を有している。ハイブリットモジュール４０は、対をなす第１光学素子４２Ｄと第２光学素子４２Ｈとが光導波路部材４３を介して光学的に接続される。したがって、以下の説明において、ハイブリットモジュール１と同等の構成については同一符号を付すことによって説明を省略する。
【００７９】
ハイブリットモジュール４０は、シリコン基板４１の中央部を中心として両側の領域が上述したハイブリットモジュール１と同等に構成された第１ブロック部４４と第２ブロック部４５とを対称に配置した構造となっている。ハイブリットモジュール４０は、シリコン基板４１の左側領域４１Ｌに４個の部品実装凹部７Ａ〜７Ｄを形成し、これら部品実装凹部７Ａ〜７Ｄ内に実装部品４２を装填して接着樹脂層８Ａ〜８Ｄによって埋設した状態でそれぞれ固定する。ハイブリットモジュール４０は、同図においてシリコン基板４１の左側の領域４１Ｌに側方から中央に向かって第１ＬＳＩ４２Ａ、第１半導体素子４２Ｃ、第２ＬＳＩ４２Ｂ、第１光学素子４２Ｄの順に配置して第１ブロック部４４を構成する。
【００８０】
ハイブリットモジュール４０は、シリコン基板４１の右側領域４１Ｒにも同様にして４個の部品実装凹部７Ｅ〜７Ｈを形成し、これら部品実装凹部７Ｅ〜７Ｈ内に実装部品４２を装填して接着樹脂層８Ｅ〜８Ｈによって埋設した状態でそれぞれ固定する。ハイブリットモジュール４０は、この右側領域４１Ｒに側方から中央に向かって第３ＬＳＩ４２Ｅ、第２半導体素子４２Ｇ、第４ＬＳＩ４２Ｆ、第２光学素子４２Ｈの順に配置して第２ブロック部４５を構成する。
【００８１】
ハイブリットモジュール４０は、部品実装凹部７Ａ〜７Ｈが上述した部品実装凹部形成工程によって全て同一形状で一括して形成される。ハイブリットモジュール４０は、第１ＬＳＩ４２Ａと第３ＬＳＩ４２Ｅとを埋設する部品実装凹部７Ａ、７Ｅが内壁部に導電層を形成するとともに導電性の接着樹脂材によってこれら第１ＬＳＩ４２Ａと第３ＬＳＩ４２Ｅとを固定する。ハイブリットモジュール４０は、第２ＬＳＩ４２Ｂと第４ＬＳＩ４２Ｆとを埋設する部品実装凹部７Ｂ、７Ｆの内壁部に絶縁層と導電層とが形成され、導電性の接着樹脂材によってこれら第２ＬＳＩ４２Ｂと第４ＬＳＩ４２Ｆとを固定する。
【００８２】
ハイブリットモジュール４０は、第１半導体素子４２Ｃと第２半導体素子４２Ｇとを埋設する部品実装凹部７Ｃ、７Ｇの内壁部に絶縁層が形成され、非導電性接着樹脂材によってこれら第１半導体素子４２Ｃと第２半導体素子４２Ｇとを固定する。ハイブリットモジュール４０は、第１光学素子４２Ｄと第２光学素子４２Ｈとを埋設する部品実装凹部７Ｄ、７Ｈも内壁部に絶縁層が形成され、非導電性接着樹脂材によってこれら第１光学素子４２Ｄと第２光学素子４２Ｈとを固定する。
【００８３】
ハイブリットモジュール４０は、第１光学素子４２Ｄに受光素子が用いられるとともに第２光学素子４２Ｈに発光素子が用いられる。ハイブリットモジュール４０は、シリコン基板４１の中央部を挟んで、第１光学素子４２Ｄと第２光学素子４２Ｈとが隣り合うようにして配置されている。ハイブリットモジュール４０は、同図矢印で示すように第２光学素子４２Ｈから出射された光学信号が光導波路部材４３によって伝送されて第１光学素子４２Ｄによって受光される。
【００８４】
ハイブリットモジュール４０は、光導波路部材４３が配線層５の表面５Ａ上に実装される。光導波路部材４３は、上述したハイブリットモジュール１の光導波路部材２１と同等の部材であり、導光性を有する樹脂材によって成形され、光屈折率を異にするクラッド層４６により封装されて光学信号を２次元的或いは３次元的に封じ込めた状態で伝送する光閉じ込め型光導波路を構成する。光導波路部材４３は、４５°にカットされてミラー面を構成する一端部が配線層５の光伝送路を介して第１光学素子４２Ｄの光学入出力部１２と対向されるとともに、同様のミラー面を構成する他端部が配線層５の光伝送路を介して第２光学素子４２Ｈの光学入出力部１２と対向される。
【００８５】
以上のように構成されたハイブリットモジュール４０においては、第１光学素子４２Ｄと第２光学素子４２Ｈ及び光導波路部材４３とによって光学信号の伝送系を構成し、第１ブロック部４４と第２ブロック部４５との間における光学信号の授受を行う。ハイブリットモジュール４０においては、第２ブロック部４５の第３ＬＳＩ４２Ｅや第４ＬＳＩ４２Ｇによって処理されたデータ信号や制御信号が光学信号に変換されて第２光学素子４２Ｈの光学入出力部１２から出射される。
【００８６】
ハイブリットモジュール４０においては、第２光学素子４２Ｈから出射された光学信号が、配線層５内を透過して表面５Ａに導光されるとともにこの配線層５を介して一端側から光導波路部材４３内に入射される。ハイブリットモジュール４０においては、光導波路部材４３内を導光された光学信号が他端側から配線層５内に入射されて導光される。ハイブリットモジュール４０においては、配線層５内に入射された光学信号が第１光学素子４２Ｄの光学入出力部１２によって受光される。
【００８７】
ハイブリットモジュール４０においては、上述したようにモジュール内で光学信号の授受が完結する構造であり、光損失が低減されて第１ブロック部４４と第２ブロック部４５との間でデータ信号等を効率よく高速かつ大容量で伝送することを可能とする。ハイブリットモジュール４０は、電気信号処理系部品と光学信号処理系部品とが一体化されて最短で接続された構造であることから、配線構造が短縮化されて寄生容量も低減される。
【００８８】
第２の実施の形態として図１７に示したハイブリット回路装置５０は、上述したハイブリットモジュール４０が配線層５の最上層５Ａを実装面として、他の電子部品１９とともにベース基板５１に実装されて構成される。ハイブリット回路装置５０は、ベース基板５１が、上述したハイブリット回路装置２の多層配線基板２０と同様に一般的な多層配線基板技術によって製作した多層配線基板によって構成される。したがって、以下のハイブリット回路装置５０の説明において、ハイブリット回路装置２と同等の部位については同一符号を付すことによって説明を省略する。
【００８９】
ハイブリット回路装置５０は、詳細を省略するがベース基板５１の主面に形成された配線パターンのランドに相対する接続用パッド１８が接合されてハイブリットモジュール４０が実装される。ハイブリット回路装置５０には、ベース基板５１に、ハイブリットモジュール４０の第１ブロック部４４や第２ブロック部４５に対応する適宜の回路部が形成されている。ハイブリット回路装置５０においても、ハイブリットモジュール４０に対してベース基板５１側からレギュレーションの高い電源供給を行うとともに、ベース基板５１がグランドや放熱部としても作用する。ハイブリット回路装置５０は、ベース基板５１の第２主面側に形成された電極パッドによって図示しない実装ボード等に実装される。
【００９０】
ハイブリット回路装置５０は、ベース基板５１の主面に形成した絶縁保護層５２によってハイブリットモジュール４０の配線層５や接続用パッド１８による接合部位を被覆して保護する。ハイブリット回路装置５０は、絶縁保護層５２が、ハイブリットモジュール４０の配線層５に実装した光導波路部材４３を被覆して固定保持する。なお、絶縁保護層５２は、上述したハイブリット回路装置２に形成される絶縁保護層２２が光学素子４Ｄと光導波路部材２１とを光学的に接続する機能を有することから導光性を有する絶縁樹脂材によって形成したが、かかる機能を有していないことから例えばフィラー入りの絶縁樹脂材等を用いることも可能である。
【００９１】
以上のように構成されたハイブリット回路装置５０も、小型かつ薄型であり高密度実装化によって多機能化や高機能化が図られた高精度で安定した動作を行うハイブリットモジュール４０をベース基板５１に搭載して構成する。ハイブリット回路装置５０は、ハイブリットモジュール４０に熱等による変形の発生が抑制されベース基板５１との接続部位において断線の発生やクラックの発生が抑制されて信頼性の向上が図られる。ハイブリット回路装置５０は、ベース基板５１に充分な面積を有する電源部やグランドを設けることによってハイブリットモジュール４０に対してレギュレーションの高い電源供給を行う。
【００９２】
ハイブリット回路装置５０は、モジュール内で光学信号伝送系を介してデータ信号等を高速かつ高容量化を図って処理することが可能なハイブリットモジュール４０を搭載することで、高速かつ高容量化が図られる。ハイブリット回路装置５０は、ベース基板５１が電子機器等に備えられる一般的な配線基板と同等であることから、汎用性も高い。
【００９３】
なお、上述した各実施の形態においては、シリコン基板に実装する実装部品として光学素子を実装して電気的な制御信号やデータ信号の授受や電源供給を行う電気信号処理機能と光学的な制御信号やデータ信号の授受を行う光学信号処理機能とを奏するハイブリットモジュール及びハイブリット回路装置を示したが、本発明はかかる構成に限定されるものでは無い。本発明は、例えば電気信号処理機能のみを奏するハイブリットモジュール及びハイブリット回路装置であってもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】実施の形態として示すハイブリットモジュールの断面図である。
【図２】ハイブリットモジュールを搭載したハイブリット回路装置の断面図である。
【図３】ハイブリットモジュールの製造工程図であり、シリコン基板の主面にシリコンエッチング膜をパターン形成した状態の説明図である。
【図４】シリコン基板に部品装填凹部を形成した状態の説明図である。
【図５】シリコン基板の主面からシリコンエッチング膜を除去した状態の説明図である。
【図６】部品装填凹部に絶縁層を形成した状態の説明図である。
【図７】導電層を形成した状態の説明図である。
【図８】部品装填凹部に接着樹脂材を充填した状態の説明図である。
【図９】実装機により実装部品を吸着した状態の説明図である。
【図１０】実装部品を部品装填凹部内に押圧している状態の説明図である。
【図１１】接着樹脂材を硬化させて実装部品を部品装填凹部内に固定した状態の説明図である。
【図１２】各部品装填凹部内に実装部品を埋設した状態の説明図である。
【図１３】シリコン基板の主面上に第１絶縁層と第１ビアホールを形成した状態の説明図である。
【図１４】第１絶縁層上に第２配線パターンを形成した状態の説明図である。
【図１５】第２絶縁層と第２ビアホールを形成した状態の説明図である。
【図１６】第２の実施の形態として示すハイブリットモジュールの断面図である。
【図１７】第２の実施の形態として示すハイブリット回路装置の断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１  ハイブリットモジュール、２  ハイブリット回路装置、３  シリコン基板、４  実装部品、４Ｄ  光学素子、５  配線層、６  ベース基板部、７  部品装填凹部、８  接着樹脂層、９  入出力部形成面、１０  入出力パッド、１１  装填面、１２  光学入出力部、１３  導電層、１４  絶縁層、１５  絶縁樹脂層、１６  配線パターン、１７  ビア、１８  接続用パッド、１９  電子部品、２０  多層配線基板、２１  光導波路部材、３０  シリコンエッチング膜、３２  接着樹脂材、３３  吸着ヘッド、４０  ハイブリットモジュール、４１  シリコン基板、４２  実装部品、４３  光導波路部材、４４  第１ブロック部、４５  第２ブロック部、５０  ハイブリット回路装置、５１  ベース基板
【図１】
2006245057.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006245057.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2006245057.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2006245057.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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